电解铝生产腐蚀环境分析及防腐蚀技术措施.docx

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电解铝生产腐蚀环境分析及防腐蚀技术措施

电解铝生产腐蚀环境分析及防腐蚀改进技术措施

一、腐蚀环境分析

（一）生产车间腐蚀环境

因现代铝电解采用冰晶石—氧化铝熔盐法电解工艺生产铝，电解铝生产过程中会产生大量的烟气，烟气由气态和固态物质组成。

1、气态物质主要包括阳极电化学反应过程中产生的CO2（二氧化碳）、CO（一氧化碳）气体；阳极效应时产生的CF4（四氟化碳）、氟化盐水解产生的HF（氟化氢）气体；以及原料中的杂质SiO2（二氧化硅）与冰晶石反应生成的SiF4（四氟化硅）等污染物，主要是HF等含氟气体。

2、固态物质是由原材料挥发和飞扬损失产生的，主要包括两类，一类是随阳极气体排出时带出的大颗粒氧化铝（直径＞5um）和冰晶石粉尘及阳极掉下的炭粒。

由于氧化铝吸附了一部分气态氟化物，大颗粒物质中的总氟量约为15%；另一类是由电解质蒸气冷凝后变为固体粉尘的细微颗粒，其中氟含量达到45%。

虽然现代大型铝电解生产系列广泛采用大型中心下料预焙电解槽，使用很多小罩板把整个电解槽密闭起来，所收集到的烟气通过电解槽一端的排烟支管汇总到电解厂房两侧的排烟总管，采取干法净化处理，集气效率可达97～98%，但在实际生产操作中，由于生产管理和部分员工的环保健康意识、操作习惯、槽罩板密封不严（罩板变形、罩板错位等）、换极操作、打火眼操作、观察炉面情况等因素影响，仍有部分烟气未进入烟气收集系统，直接排到厂房中，对生产车间造成腐蚀；烟气经天窗进入大气环境，对环境造成污染。

烟气中的HF（氟化氢）含氟气体遇空气中的水份发生化学反应，反应生成氢氟酸，而氢氟酸的腐蚀性很强，生产车间中含有少量的氢氟酸也能对生产车间及设备造成中、强度的腐蚀。

（二）烟气管道腐蚀环境

因铝电解产生的烟气中含有大量的CO2（二氧化碳）、CO（一氧化碳）、CF4（四氟化碳）、SO2（二氧化硫）、HF（氟化氢）、SiF4（四氟化硅）等气体和大颗粒（直径＞5um）氧化铝颗粒，炭粒及冰晶石粉尘，其中SO2（二氧化硫）与空气中的水份发生化学反应生成H2SO4（硫酸）；CF4（四氟化碳）、HF（氟化氢）与空气中的水份发生化学反应生成HFSO4（氢氟酸），而硫酸和氢氟酸均会对碳钢烟气管壁造成严重的腐蚀。

且烟气经排烟风机的动力作用下在管道中运行，烟气中氧化铝颗粒和炭粒会对碳钢烟气管壁造成冲刷磨损，产生磨蚀。

另烟气有较高的温度，对烟气管道内壁造成高温氧化腐蚀。

（三）电解槽腐蚀环境

铝电解槽作为在高温、强磁场、强腐蚀下运行的设备，槽内发生着物理、化学与电化学反应。

经过长时间的运行，阴极虽然不消耗，但在化学腐蚀和热应力的作用下，电解槽内衬会遭到严重破坏而迫使停槽大修。

停槽大修消耗大量的人力、物力，产量下降，经济损失较大，而且废旧阴极内衬回收利用技术还不成熟，存在环境污染等问题。

因此，充分了解电解槽的腐蚀环境、破损形式及原因，掌握维护方法，对尽可能的延长电解槽寿命有着重要的意义。

1、电解槽主要存在以下几方面的腐蚀：

（1）钠渗透腐蚀

钠的渗透对阴极产生如下作用：

①钠-碳之间的反应形成一种嵌合物，将会增大碳晶格间的距离，从而引起膨胀和分裂，可导致局部应力集中或破裂的延伸，这个问题发生的趋势取决于吸收钠量和吸钠的分布，吸钠不均会造成炉底上抬和局部碳块剥离。

②阴极碳块层状剥落漂浮于电解质表面，这种情况虽使阴极剥落深度不会超过10cm，但是会导致阴极表面坑洼不平，阴极电流密度不均匀，诱发冲蚀抗的产生，最终导致漏炉。

（2）槽内液体的渗透腐蚀

电解槽在进入正常生产后，碳素内衬温度分布已经稳定，钠的渗透也变得缓慢。

但是在钠渗透的基础上，槽内液体电解质和铝液会继续向阴极内衬中渗入。

由于阴极碳素材料有一定的孔隙度，并且局部出现阴极裂缝，液体电解质下渗能达到防渗料部位，其发生化学反应破坏内衬组织，铝液下渗多沿着阴极裂缝，通常到达阴极钢棒位置不再继续下渗，而是熔化阴极钢棒。

铝液下渗是快速的破坏形式，在24小时之内能熔化阴极钢棒1m以上的长度，严重时导致阴极钢棒口发红，引起漏炉。

（3）空气氧化及电化学腐蚀

空气氧化现象主要作用于侧部，一是电解质液面以上的部分暴露于空气中氧化脱落，下部是钠的渗透膨胀脱离。

另外阴极钢棒密封口会进入空气参加化学反应，破坏阴极内衬。

此外，炉底表面电解质中混有铝的存在，有冰晶石的情况下，铝与阴极碳块发生电化学反应，生成碳化铝。

碳化铝可溶解于铝液之中，使阴极碳块遭到腐蚀，尤其是在阴极裂缝处，腐蚀更强烈，增加裂缝的宽度和深度。

（4）高温氧化腐蚀

铝电解槽长期在高温下工作，目前320～400kA的铝电解槽的侧部温度基本在280～400℃，因槽壳钢板长期处于高温状态，高温对槽壳钢板造成氧化腐蚀。

2、电解槽破损的主要形式：

电解槽破损主要是阴极内衬损坏以及侧部破损两大类，其破损形式主要有阴极炭块隆起断裂、阴极冲蚀坑、侧部氧化脱落。

（1）阴极炭块隆起断裂

阴极炭块在生产一段时间后，上抬隆起，整个阴极面呈中间高，四周低的情况，致使阴极钢棒弯曲变形，槽缘钢板向外伸展。

炉底隆起严重长时间会出现阴极炭块断裂，铝液顺裂缝渗入底部，熔化阴极钢棒，造成漏炉。

根据阴极钢棒的组装形式不同，炉底隆起程度不同，特别是通方钢组装，钢棒承担应力较大，炉底隆起后阴极钢棒顺势弯曲，造成阴极炭块和钢棒脱离，甚至阴极炭块内部层脱。

炉底隆起断裂的原因主要是热膨胀和钠对碳阴极的渗透引起的体积膨胀，这种膨胀力远大于从室温至1000℃的膨胀力，钠直接在阴极内衬下产生反应的结晶张力将导致槽壳的变形及阴极炭块上移。

（2）阴极冲蚀坑

这是预焙槽上的一种特殊破损形式。

由于磁场推动铝液冲涮的作用，在槽底形成冲蚀坑穴，冲蚀坑穴大部分出现进电端，这是因为立柱母线和槽底母线磁场作用铝液流速增加，消磨阴极造成。

冲蚀坑表面磨得很光滑，覆盖有一层白色氧化铝固体。

当坑穴逐渐向下穿透炭块时，铝液熔化阴极钢棒，从而造成漏炉。

（3）侧部破损

电解槽运行过程中，侧部因受空气氧化、化学腐蚀、边部开口捞渣作业的破坏，致使侧部物质氧化消耗或物理破坏脱落落入槽内。

由于钠的侵蚀使用侧部碳-氮化硅块结构疏松、膨胀、炸裂、导致侧块粉化，失去保护作用，炉帮变空，使槽内水平电流增大。

由于垂直磁场与铝液中水平电流作用形成强大的回流，水平磁场对铝液垂直电流形成表面隆起，加之阳极电流不均，导致伸腿过长，水平电流大电解槽侧部长期难以形成炉帮，稳定性差，从而形成恶性循环，更加剧了铝液流速场的变化，由于铝液电磁力的作用，铝液及电解质中的氧化铝不停的对侧部进行物理摩擦、剥蚀，最终造成电解质和铝液界面直接与侧部钢板接触。

另外在日常的管理中，炉面散热带管理不善，散热带被物料埋住，侧部热应力增加，加上水平电流和物理冲刷的作用，侧部炭块膨胀，使散热带上翘，严重时使侧部暴露空气中发生氧化。

侧部破损造成漏炉几率也非常大，一旦侧部化空，高温液体直接接触侧部钢板，水平电流会加剧击穿侧部，发生漏炉。

3、电解槽内衬破损的原因

电解槽阴极内衬随着槽龄的增长都会产生破损，其主要原因有以下几个方面：

（1）钠渗透腐蚀（前面已有介绍）

（2）阴极材料的膨胀与收缩热应力

在阴极内衬中，各种材料的膨胀和收缩都会引起电解槽内衬破损及槽壳变形。

在正常生产情况下，阴极炭块和阴极钢棒的膨胀及收缩率都与温度有重要的关系。

温度越高其阴极组织膨胀产生的应力越大，接近阴极炭块区域的高温是造成内衬中等温线破坏的重要原因，所以联系到技术条件管理，不能保持较高的槽温。

但是过低的槽温会造成阴极内衬的收缩，这样反复的波动最终造成阴极内衬的破坏。

阴极钢棒会脱离阴极炭块，而阴极炭块内部也会产生层状分离，最终使阴极表面沿中心轴长度方向上抬，阴极钢棒上拱。

槽壳也会在这种应力的作用下变形，向外膨胀。

（3）槽内液体的渗透腐蚀（前面已有介绍）

（4）空气氧化及电化学腐蚀（前面已有介绍）

（5）内衬材料及砌筑质量的影响

内衬材料质量差，电解槽阴极寿命自然不会长久。

特别是阴极炭块膨胀率、挥发分抗压强度等指标至关重要，侧部炭块质量差同样使槽寿命缩短。

在砌筑电解槽时，扎固糊质量及扎固质量是引起伸腿漂浮的关键因素，炭间缝扎固不好以及阴极钢棒密封不严等都会造成电解槽早期破损。

因此，选定筑炉材料和筑炉工艺一定要严格按照标准执行，才能保证砌筑质量，延长槽寿命。

（6）操作管理不善

电解槽的焙烧启动过程是槽寿命的控制重点，出现扎固糊不能够良好焦化，高温液体冲击使阴极产生裂纹或破裂。

日常技术条件管理槽温过高、铝水平过低、分子比高都是加剧电解槽的破损因素。

炉底沉淀堆积过多，引起水平电流增加和电压波动现象，也是造成电解槽破损的因素。

长时间压负荷或者停电造成槽内温度降低，先渗入的电解质在阴极裂缝中凝固膨胀，在钠的作用下加剧破损，此种情况造成的阴极变化很大，是观察不出来的，通常在恢复系列电流一段时间，经常性出现个别电解槽阴极钢棒熔化。

（四）压缩空气管路的腐蚀环境

压缩空气是现代电解铝厂主要风动设备的能源，氧化铝的气式输送、电解槽打壳下料、出铝和槽大修等日常生产操作中都离不开压缩空气，但压缩空气的缺点是含有相当数量的杂质，对生产会造成以下影响：

1、固体微粒：

将加速用气设备的磨损，导致密封失效；

2、水分：

是设备、管道和阀门锈蚀的根本原因；

3、油分：

对后续设备不仅起不到润滑作用，反而会破坏正常润滑。

压缩空气中的固体微粒会对管道内壁造成冲刷磨蚀，水分和油分会对管道内壁造成腐蚀。

二、常规防腐保温方案做法

（一）电解槽常规防腐保温配套体系

1、摇篮槽壳外壁防腐涂装配套体系：

涂刷耐高温沥青绝缘漆2道。

2、槽上部金属构件、槽间盖板、阳极母线提升机构防腐涂装配套体系：

涂刷红丹防锈底漆1道，普通防腐面漆（如醇酸磁漆、高氯化聚乙烯面漆）2道。

3、电解槽阴极内衬

（1）底部内衬：

①铺10mm厚陶瓷板一层；

②铺硅酸钙板一层；

③干砌黏土质隔热耐火砖二层；

④干铺干式防渗料一层；

⑤放置半石墨质阴极炭块。

（2）侧部内衬：

①砌筑硅藻土砖二层；

②纵向侧部浇注高强防渗料，横向侧部浇注轻质浇注料；

③砌筑65mm厚耐火砖一层；

④砌筑侧部炭块。

（二）电解槽常规防腐保温配套体系存在缺陷与不足

1、因电解槽长期在高温下工作，目前320～400kA铝电解槽的侧部温度基本在280℃～400℃，摇篮槽壳长期处于高温状态，高温对摇篮槽壳形成氧化腐蚀，因此，针对电解槽摇篮槽壳同时处于化学介质腐蚀和高温氧化腐蚀的环境，防腐涂装配套体系须考虑同时兼顾两种腐蚀情况。

2、摇篮槽壳外壁常规防腐涂装配套体系所采用的耐高温沥青绝缘漆是以煤沥青或石油沥青液为成膜物，而煤沥青或石油沥青的耐热性（耐温在105℃以下）、保色保光性和抗老化性能较差。

故该涂料的耐化学介质腐蚀性能和耐热性能较差，且抗老化性能也较差，容易变色、粉化，只能用于弱腐蚀性且温度不高（长期工作温度在130℃以下）的环境，且防腐使用年限较短。

因此摇篮槽壳外壁腐蚀防护采用此涂料品种的防腐涂装配套体系不能构成重防腐体系，无法实现防腐年限长的长效腐蚀防护。

3、槽上部金属构件、槽间盖板、阳极母线提升机构常规防腐涂装配套体系所采用的红丹防锈底漆、醇酸磁漆和高氯化聚乙烯面漆均是以醇酸树脂和氯化橡胶树脂为基料，而醇酸树脂和氯化橡胶树脂的耐酸碱性能、耐热性能（耐温在100℃以下）、保色保光性和抗老化性能较差。

故这几种涂料的耐化学介质腐蚀性能和耐热性能较差，且抗老化性能也较差，容易变色、粉化，只能用于弱腐蚀性且温度不高（长期工作温度在130℃以下）的环境，且防腐使用年限较短。

因此槽上部金属构件、槽间盖板、阳极母线提升机构腐蚀防护采用此涂料品种的防腐涂装配套体系不能构成重防腐体系，无法实现防腐年限长的长效腐蚀防护。

4、虽然电解槽常规防腐涂装配套体系施工造价较低，但防腐使用年限较短，最多使用三年，防腐涂层即失效，又得再次重新进行防腐。

如果按常规防腐涂装配套体系重新进行防护，虽然每次重新进行防腐涂装的原材料费用不高，但每次重新防腐需要将原有涂层及锈迹清除干净，还需搭设脚手架和采取安全措施，再涂装新涂层，所产生的直接施工费用较高，且对生产带来很大影响，产生间接费用。

这样使用下来的年平均维护费用非常高，其经济合理性较差。

5、电解槽阴极内衬

电解槽寿命的长短和阴极内衬的抗氧化性、抗腐蚀性、热传导率、抗热震性和导电性能密切相关，由于常规阴极碳素材料有一定的孔隙度，并且局部出现阴极裂缝，受其碳块膨胀率、挥发分抗压强度、抗腐蚀性、热传导率、抗氧化性等性能指标的限制，在电解槽的工作过程中，随着时间的延长，电解质和钠的渗透引起的碳素阴极内部的缺陷导致碳素阴极的抗氧化性、抗热震性、抗腐蚀性、热传导率、导电性变差，从而缩短电解槽的寿命。

为延长电解槽的寿命，应采用具备能抗化学、物理腐蚀、空气氧化和良好的热量传递能力的特殊性质的新型高质量内衬材料。

三、防腐保温改进技术措施

（一）生产车间

1、针对生产车间的腐蚀环境，可采用阴极保护性能好，屏蔽性能好，附着力强，具有优异的耐酸碱盐及化学品、有机溶剂、耐水，具备缓蚀功能，抗老化性能优异的GZH无机磷酸盐富锌涂料作底漆，采用防腐性能优异，屏蔽性能好，分子为鳞片状，分子结构呈重叠排列，能增强底漆与面漆的层间结合力的环氧云铁涂料作中间漆，以耐酸碱盐及化学品、耐油、耐水性能优异，保色、保光性好，抗老化性能佳，漆膜坚韧，抗冲击耐磨性高的丙稀酸聚氨酯涂料作面漆的重防腐涂装配套体系（底中面不少于6道涂装）。

（二）烟气管道

针对烟气管道外壁同时存在化学介质腐蚀、高温氧化腐蚀的情况，内壁同时存在化学介质腐蚀、高温氧化腐蚀和冲刷磨蚀的情况，防腐蚀涂装体系须考虑同时兼顾两种（三种）腐蚀情况。

1、管道外壁可采用阴极保护性能好，屏蔽性能好，附着力强，具有优异的耐酸碱盐及化学品、有机溶剂、耐水，耐高温性能好，具备缓蚀功能，抗老化性能优异的GZH无机磷酸盐富锌涂料作底漆（不少于2道涂装）；采用耐高温性能优异，耐潮湿性、耐低温性、耐候性、保色性能优良，抗老化性能极佳的有机硅耐热漆作面漆（不少于3道涂装）的重防腐涂装配套体系。

2、管道内壁可采用阴极保护性能好，屏蔽性能好，附着力强，具有优异的耐酸碱盐及化学品、有机溶剂、耐水，耐高温性能好，具备缓蚀功能，抗老化性能优异的GZH无机磷酸盐富锌涂料作底漆（不少于2道涂装）；采用耐高温性能优异，耐潮湿性，耐磨性能佳，机械性能好，附着力强的以碳化硅、有机硅为主要原料的耐磨耐高温陶瓷涂料作面漆（不少于3道涂装）的重防腐涂装配套体系。

（三）电解槽

针对电解槽所处的腐蚀环境，采取有针对性的长效防腐涂装体系：

1、摇篮槽壳的防腐涂装：

采用阴极保护性能好，屏蔽性能好，附着力强，具有优异的耐酸碱盐及化学品、有机溶剂、耐水，具备缓蚀功能，抗老化性能优异的GZH无机磷酸盐富锌涂料作底漆，耐高温绝缘涂料作面漆的配套体系（底、面不少于4道涂装）；

2、槽上部结构、槽间盖板、阳极母线提升机防腐涂装：

采用阴极保护性能好，屏蔽性能好，附着力强，具有优异的耐酸碱盐及化学品、有机溶剂、耐水，具备缓蚀功能，抗老化性能优异的GZH无机磷酸盐富锌涂料作底漆，有机硅耐高温涂料作面漆的配套体系（底面不少于4道涂装）；

3、延长电解槽阴极内衬寿命的技术措施

电解槽寿命是从通电开始至停槽大修的运行天数。

电解槽大修费用占原铝生产原本的3%以上，320kA电解槽大修材料和人工费用达到80万元，可见延长槽寿命不仅是企业提高经济效益、实施节能减排的举措，也是行业技术人员面对的重要研究课题。

影响电解槽寿命的因素较多，有先天性设计缺陷的，也有内衬材料质量劣质的影响，同时有焙烧启动操作不当和正常生产管理失误等。

从以下几个途径入手，能够起到延长槽寿命的作用。

（1）电解槽设计优化

首先在磁场方面，设计母线配置要合理，减小磁场的作用，避免长期因磁场设计不合理造成电解槽的长期不稳定。

降低电解槽的垂直磁场强度，减小槽内铝液循环和流速，有利于槽膛的稳定和技术条件的稳定，从而延长槽寿命。

槽壳的设计要刚柔适度，它不仅是电解槽重量的载体，也是电解槽应力的缓冲体，受力点分布要合理，可以有效缓冲内衬膨胀的强大应力，又能消减电解槽炉底隆起和槽壳向外膨胀的现象。

（2）使用高质量的内衬材料

内衬材料不能使用不合格产品，尽量使用新型高质量内衬材料，目前国内已研制生产了几种新型高质量内衬材料：

①高强抗渗砖：

目前电解铝行业普遍采用干式防渗料作为阴极炭块下的防渗保温材料，其具有保温性能好，防渗效果好，易于找平炭块底面的优点，但是由于散状料在现场施工时需要人工捣打以压缩其密度，存在密度均匀性难以控制，孔隙率大，并且粉尘污染严重等诸多弊端，从而很难保证施工质量与应用效果。

使用防渗料以来，因电解质穿透防渗料层造成的电解槽破损仍占破损槽的一定比例。

针对电解槽防渗料存在的孔隙度大，基础软及施工难度大的缺点，研制出了一种高密度的预制高强抗渗砖。

高强抗渗砖由下列各组分组成：

SiO2：

40～70%，Al2O3：

30%～60%，Fe2O3：

3%～7%，固体添加剂：

1%～5%，液体结合剂：

3%～15%。

固体添加剂为硅酸铝、硫酸铝、磷酸铝和磷酸二氢铝中的一种、两种或两种以上。

液体结合剂为纸浆或水玻璃。

A制备方法

高强抗渗砖的制备方法为：

以硅-铝质耐火矿物为原料，煅烧脱水、粉碎，加入上述固体添加剂干混，充分搅拌均匀后，再加入液体结合剂，进行湿碾混炼；对得到的混合物进行组分含量的检测，符合铝电解槽高强抗渗砖标准后，用震动压力机震动、挤压成型、烘干。

B技术参数：

体积密度：

≥2000kg/m3；耐压强度：

≥4MPa；

线变化率（900℃×3h）：

≤－0.5%；骨料粒度：

0.21-4mm

抗冰晶石渗蚀指数（950℃×96h）：

≤15；粉料粒度：

0-0.2mm；

骨料：

粉料：

50-70：

30-50；最大临界粒度：

4mm；

≤0.088细粒：

≥20%；烘干温度：

250-300℃。

C应用优点

高强抗渗砖应用于铝电解槽有以下优点：

a其采用槽外预制制成，使其密度差、厚度差及形状差异很小，有利于精确施工，保证阴极灰块底部实在，水平度高；b其采用高压成型工艺制成，密度大、孔隙率低、抗压强度适中，使其具有良好的防渗性能；c其生产工艺要求烧制温度低，时间短，使其生产具有投资省、节能、造价低的优点。

②炭氮化硅

A、特性

a氮化硅结合碳化硅制品，质地坚硬，莫氏硬度约为9，在非金属材料中属于硬度材料，仅次于金刚石。

b氮化硅结合碳化硅制品的常温强度高，在1200-1400℃高温下，几乎保持与常温相同时间的强度和硬度。

随着使用环境的不同，最高安全使用温度可达到1650-1750℃。

c热膨胀系数相比碳化硅等制品热导率高，不易产生热应力，具有良好热震稳定性，使用寿命长。

高温抗蠕能力强，耐腐蚀，耐极冷极热，抗氧化。

d产品广泛应用于钢铁、有色金属、化工建材等多种行业，节能、环保、降低成本。

B、技术参数：

体积密度（g/cm2）：

≥2.65；显气孔率（%）：

≤10.7；

常温耐压强（MPa）：

≥170；常温抗折强度（MPa）：

≥30；

SiC含量（%）：

≥60；SiC3N4含量（%）：

≥37；

Fe2O3含量（%）：

≤1.5；FSi含量（%）：

≤1.0。

C、应用前景

氮化硅结合碳化硅材料是国外发达国家如美国的Norton、Carborundum公司，德国的Annawevrk、HTK公司，日本TRK、NGK公司等于20世纪70年代广泛应用于砂轮、陶瓷、电瓷等行业的一种碳化硅特种制品。

该材料于20世纪80年代中期引入我国后，一些科研单位、高等院校相继进行了试验研究并获得了成功，兴建了一批氮化硅结合碳化硅制品制造厂家。

为了得到较长的铝电解槽寿命，侧壁材料必须具有一些特殊的性质。

它们必须能抗化学及物理腐蚀及空气氧化，具备所有这些的同时还须具有足够的热量传递能力，进而建立一层凝固电解质伸腿。

而氮化硅结合碳化硅材料均能满足这些要求，目前，碳化硅及含碳化硅的陶瓷材料已经被试用作阴极侧壁内衬材料。

碳化硅系列耐火材料具备热传导率高，高温下机械强度高，抗氧化性、抗热震性、抗腐蚀性好等优点。

在铝电解槽中使用碳化硅具有显著的效果，可使电解槽侧壁厚度由炭砖的229～480mm减少到85～114mm，从而增大了电解槽的容积，提高了产量，延长了电解槽的使用寿命。

此外，碳化硅是一种低电导率材料，这种特性有利于减少电解电流流向侧壁。

③TiB2（硼化钛）阴极复合涂层

TiB2涂层概念最早由MartinMarietta公司于20世纪80年代初提出，即利用TiB2的良好导电性及其与铝液的良好润湿性，以树脂或无机物溶胶作粘结剂，涂覆于现行工业铝电解槽炭阴极表面，在焙烧启动过程中经高温炭化形成TiB2涂层阴极。

硼化钛具有很好的导电性，较强的耐高温抗腐蚀性，对熔融铝液有良好的湿润性、抗电解质侵蚀性，因此TiB2是一种较理想的惰性阴极材料。

TiB2涂层阴极具有下列优势：

A、可以有效抑制钠的渗透，显著减少钠膨胀及由其引起的裂缝和破损，达到延长槽寿命的目的；

B、由于TiB2涂层能够很好地被阴极铝液所润湿，Al2O3颗粒难于进入铝液和阴极界面，槽底沉淀减少，因而可以显著改善阴极电流分布，减少水平电流，减少铝液波动，并降低槽底压降，从而达到提高电流效率，降低电耗的效果；

C、由于TiB2具有良好的导电性和耐磨性能，有望在保证电解槽寿命的基础上减少阴极炭块高度，进一步降低阴极压降和生产成本；

D、由于铝液能很好地覆盖在TiB2涂层阴极表面，减少了电解质与固体阴极表面直接接触的机会，从而减少了Al4C3的生成和溶解，减少阴极炭块的化学和电化学腐蚀；

E、相对于TiB2陶瓷、TiB2复合材料和石墨化炭块等，TiB2阴极涂层价格较低，具有较高的性能价格比；

F、在TiB2阴极涂层成功应用的基础上，可望实现斜坡型阴极，即所谓的新型长寿命低能耗导流型铝电解槽，使生成的铝液导入槽底铝水池，阴极表面无须保持较厚铝液，减少或避免铝液波动，因而可将极距由4～6cm降低到2～3cm，在提高单位面积电解槽产能的同时降低电耗10%左右。

目前在欧美、澳大利亚等国家均有推广应用TiB2阴极涂层技术的报道，但其制备方法和主要目的各不相同。

a、阴极涂层糊料的制备与涂抹方法

采用混合溶剂在常温下溶解复合树脂。

将预先复配好的TiB2等固体粉末原料与溶解后的复合树脂混合，用搅拌机搅拌，使之完全均匀混合制成TiB2涂层糊料。

用泥工刀将涂层糊料涂抹于清洁后的阴极表面，厚度为2～3mm（人造伸腿不涂抹）。

b、常温固化TiB2阴极涂层的变化

电解槽清理干净涂覆常温固化TiB2阴极涂层，环境温度下放置24h后，涂层完全固化，未见涂层开裂或脱落等异常现象，涂层与基体碳块粘接良好。

（3）保证内衬的砌筑质量

阴极内衬砌筑质量不好，往往会引起早期破损停槽，因此电解槽的砌筑必须严格按照工序的施工标准进行。

从耐火材料的平整铺设到保温砖严密的摆放，防渗料的夯实度、压缩比，阴极炭块铺装的精度，都是关键的铺设程序。

扎固时阴极的预热温度，扎固缝的洁净程度，扎固糊的温度，扎固的压力等是关键的控制指标，特别是扎固质量要严格按标准进行。

（4）合理的焙烧启动方法

焙烧启动是电解槽寿命的保证，正常生产管理是经济指标的保证。

目前比较合理的低温焙烧技术对槽寿命是有益的。

总之保持合理的焙烧温度，平稳升温、均匀加热，减少对内衬的热冲击是内衬长时间使用的保证。

（5）保证稳定的管理运行

做好非正常生产的过渡管理，建立良好的电解槽膛内形，使各项技术条件平稳调整到正常生产范围是初期稳定运行的保证。

正常生产中，以保持良好的热平衡，避免畸形炉膛的形成和病槽的发生，提高作业质量，长期保持电解槽平衡运行是延长槽寿命的关键。

（6）电力供应的稳定保证

系列电流的供应不稳，压负荷或者强化电流都会对电解槽炉膛造成破坏，反复的电流变化会使阴极内衬收缩膨胀，增加了阴极炭块断裂的几率。

实践表明，凡是出现阴极钢棒熔化迹象的都是在长时